DE69827521T2

DE69827521T2 - Klimaanlage mit luftkreislauf

Info

Publication number: DE69827521T2
Application number: DE69827521T
Authority: DE
Inventors: Osamu Kitakatsuragi-gun OCHI
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1998-08-24
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2018-08-25
Also published as: WO1999017065A1; EP1022521B1; EP1022521A1; DE69827521D1; EP1022521A4; US6301922B1; JPH11101520A

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Klimaanlage des Luftumlauftyps, die wenigstens einen Kompressor, einen Motor, einen Wärmetauscher und einen Entspanner umfasst, Luft über eine vorgeschriebene Ansaugöffnung empfängt, einen Wärmeaustausch der empfangenen Luft ausführt und die sich ergebende Luft über eine Auslassöffnung abgibt. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Klimaanlage des Luftumlauftyps, die in der Lage ist, die Temperatur und die Feuchtigkeit gleichzeitig zu steuern, was verhindert, dass der innere Abschnitt der Vorrichtung Rost ansetzt, die Temperatur der Luft auf oder unter den Gefrierpunkt zu senken und während der Raumheizung die absolute Feuchtigkeit der Zufuhrluft höher als jene der Saugluft einzustellen.
Technischer Hintergrund
In den letzten Jahren haben sich Klimaanlagen des Luftumlauftyps, die sowohl zur Raumkühlung als auch zur Raumheizung arbeiten, weit verbreitet. 1 ist ein Blockschaltplan, der eine schematische Konfiguration einer herkömmlichen Klimaanlage des Luftumlauftyps zeigt, die umfasst: einen Kompressor 1, einen Motor 2, einen Wärmetauscher 3, einen Entspanner 4, Vierwegeventile 5-7, die während des Raumkühlungs- oder des Raumheizungsbetriebs Luftstrompfade schalten, eine Luftansaugöffnung 8 und eine Luftauslassöffnung 9.
In 1 zeigen die Pfeile mit durchgehenden Linien die Luftstrompfade zur Zeit der Raumkühlung. Die Pfeile mit unterbrochenen Linien zeigen die Luftstrompfade zur Zeit der Raumheizung. Das Vierwegeventil 5 ist dazu vorgesehen, zu verhindern, dass sich das Ansaugen der Luft über die Ansaugöffnung 8 und das Abziehen der Luft über die Auslassöffnung 9 während der Raumkühlungs- und der Raumheizungsvorgänge gegenseitig ersetzen.
Genauer wird zur Zeit der Raumkühlung das Vierwegeventil 5 so geschaltet, dass die durch die durchgehenden Linien gezeigte Verbindung erreicht wird, so dass die Ansaugöffnung 8 über das Vierwegeventil 6 mit einem Einlass des Kompressors 1 in Verbindung steht und die Auslassöffnung 9 über das Vierwegeventil 7 mit einem Auslass des Entspanners 4 in Verbindung steht. Umgekehrt wird zur Zeit der Raumheizung das Vierwegeventil 5 so geschaltet, dass die durch die unterbrochenen Linien gezeigte Verbindung erreicht wird, so dass die Ansaugöffnung 8 über das Vierwegeventil 7 mit einem Einlass des Entspanners 4 in Verbindung steht und die Auslassöffnung 9 über das Vierwegeventil 6 mit einem Auslass des Kompressors 1 in Verbindung steht.
Ferner wird zur Zeit der Raumkühlung das Vierwegeventil 6 so geschaltet, dass die durch die durchgehenden Linien gezeigte Verbindung erreicht wird, wobei der Einlass des Kompressors 1 über das Vierwegeventil 5 mit der Ansaugöffnung 8 in Verbindung steht und der Ausgang des Kompressors 1 mit dem Wärmetauscher 3 in Verbindung steht. Umgekehrt wird zur Zeit der Raumheizung das Vierwegeventil 6 so geschaltet, dass die durch die unterbrochenen Linien gezeigte Verbindung erreicht wird, so dass der Wärmetauscher 3 mit dem Einlass des Kompressors 1 in Verbindung steht und der Auslass des Kompressor 1 über das Vierwegeventil 5 mit der Auslassöffnung 9 in Verbindung steht.
Darüber hinaus wird zur Zeit der Raumkühlung das Vierwegeventil 7 so geschaltet, dass die durch die durchgehenden Linien gezeigte Verbindung erreicht wird, so dass der Wärmetauscher 3 mit dem Einlass des Entspanners 4 in Verbindung steht und der Auslass des Entspanners 4 über das Vierwegeventil 5 mit der Auslassöffnung 9 in Verbindung steht. Umgekehrt wird zur Zeit der Raumheizung das Vierwegeventil 7 so geschaltet, dass die durch die unterbrochenen Linien gezeigte Verbindung verwirklicht wird und somit die Ansaugöffnung 8 über das Vierwegeventil 5 mit dem Einlass des Entspanners 4 in Verbindung steht und der Auslass des Entspanners 4 mit dem Wärmetauscher 3 in Verbindung steht.
Somit wird während des Raumkühlungsbetriebs die über die Ansaugöffnung 8 aufgenommene Luft über die Vierwegeventile 5 und 6 zu dem Kompressor 1 geleitet, der die empfangene Luft komprimiert, um Hochtemperatur-Hochdruck-Luft zu erzeugen. Diese Hochtemperatur-Hochdruck-Luft wird über das Vierwegeventil 6 zu dem Wärmetauscher 3 geleitet, in dem die Luft durch Wärmeaustausch mit Kühlluft oder Kühlwasser abgekühlt wird. Ferner wird die abgekühlte Hochdruckluft über das Vierwegeventil 7 zu dem Entspanner 4 geleitet, in dem die Luft adiabatisch auf Tieftemperatur-Normaldruck-Luft entspannt wird. Die sich ergebende Luft wird dann über die Vierwegeventile 7 und 5 aus der Auslassöffnung 9 abgegeben.
Umgekehrt wird zur Zeit der Raumheizung die über die Ansaugöffnung 8 aufgenommene Luft über die Vierwegeventile 5 und 7 zu dem Entspanner 4 geleitet, der Tieftemperatur-Niederdruck-Luft erzeugt. Diese Tieftemperatur-Niederdruck-Luft wird über das Vierwegeventil 7 zu dem Wärmetauscher 3 geleitet, in dem die Luft einem Wärmeaustausch mit Kühlluft oder Kühlwasser unterzogen wird, wodurch Normaltemperatur-Niederdruck-Luft erhalten wird, Ferner wird diese Normaltemperatur-Niederdruck-Luft über das Vierwegeventil 6 zu dem Kompressor 1 geleitet, in dem die Luft adiabatisch komprimiert wird und Hochtemperatur-Normaldruck-Luft erhalten wird. Die sich ergebende Luft wird über die Vierwegeventile 6 und 5 aus der Auslassöffnung 9 abgegeben. Der Kompressor 1 wird durch den Motor 2 sowie durch die von dem Entspanner 4 erzeugte Antriebsenergie angetrieben.
Wie oben erläutert worden ist, werden in der herkömmlichen Klimaanlage des Luftumlauftyps der Kompressor 1, der Motor 2, der Wärmetauscher 3, der Entspanner 4 und drei Vierwegeventile 5-7 verwendet, um wahlweise den Raumkühlungs- oder den Raumheizungsbetrieb vorzunehmen.
Das US-Patent 5,555,745 offenbart ein kältetechnisches System, das einen motorisch angetriebenen Kompressor mit einem zugeordneten Turboentspanner, der mit dem Motor des Kompressors gekoppelt ist, verwendet. Der Kompressor saugt über einen Wärmetauscher und einen Dehydrator ankommende Luft an. Der Kompressor gibt über einen Hochtemperatur-Wärmetauscher und die andere Seite der anderen Seite des Wärmetauschers an der Einlassseite des Kompressors komprimierte Luft ab. Die komprimierte Luft wird dann durch den Turboentspanner entspannt und zur Kühlung verwendet. Der Hochtemperatur-Wärmetauscher wird zur Warmwassererzeugung verwendet.
Dieses herkömmliche System ist mit der oben erläuterten Klimaanlage nach 1 vergleichbar.
Bei den oben beschriebenen herkömmlichen Klimaanlagen des Luftumlauftyps sind zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit der gesamten Vorrichtungen ver schiedene Techniken vorgeschlagen worden. Beispielsweise ist die in der japanischen Patentveröffentlichungsschrift Nr. 4-184049 offenbarte Erfindung auf das Verbessern der Leistungsfähigkeit der Klimaanlage insgesamt gerichtet. Bei dieser Klimaanlage wird der Kompressor 1 zur Zeit der Raumkühlung durch Kondensationswasser, das an dem Wärmetauscher 3 oder dem Entspanner 4 erzeugt wird, gekühlt. Der Wärmetauscher 3 wird ebenfalls durch das Kondensationswasser, das auf ihn gesprüht wird und beim Verdunsten die Verdampfungswärme von dem Wärmetauscher 3 abzieht, gekühlt.
Die in der japanischen Patentveröffentlichungsschrift Nr. 5-223375 offenbarte Erfindung bezieht sich auf eine Klimaanlage des Luftumlauftyps, die mit Steuermitteln versehen sind, die die Drehzahl des den Kompressor 1 antreibenden Motors 2 herabsetzen, falls die Temperatur der von dem Entspanner 4 freigesetzten Luft eine vorgegebene Temperatur erreicht oder unter diese Temperatur fällt, um das Gefrieren der in der Luft vom Entspanner 4 enthaltenen Feuchtigkeit zu verhindern.
Das US-Patent 3.651.864 offenbart eine klimatechnische Einheit mit Mitteln, die sowohl für die Heizzyklen als auch für die Kühlzyklen die Temperatur und die Feuchtigkeit automatisch steuern. Die Einheit stellt die Temperatur und Feuchtigkeit mittels ununterbrochen betriebsbereiter Steuervorrichtungen, die wahlweise Kühl-, Befeuchtungs- und Heizmittel in Gang setzen, im Voraus ein.
Bei dieser Einheit hängt der Steuervorgang nur von der Temperatur und der Feuchtigkeit der in die Einheit eingesaugten Luft ab.
Diese vorgeschlagenen Techniken haben die folgenden Probleme, mit denen die herkömmlichen Klimaanlagen des Luftumlauftyps behaftet sind, nicht gelöst:

(1) Die Feuchtigkeit der aus dem Raum abzuziehenden Luft wird lediglich anhand der Temperatur und der Feuchtigkeit der aus dem Raum gesaugten Luft und einer Soll-Temperatur der Zufuhrluft bestimmt. Somit können die Temperatur und die Feuchtigkeit, die für die Leistung der Klimaanlage kritisch sind, nicht gleichzeitig gesteuert werden.
(2) Während des Raumkühlungsbetriebs wird die in der Saugluft enthaltene Feuchtigkeit ebenfalls durch den Wärmetauscher 3 oder den Entspanner 4 gleichzeitig abgekühlt und kondensiert. Somit nimmt die Leistungsfähigkeit der Klimaanlage, wenn die Feuchtigkeit in dem Raum hoch ist, insgesamt ab. Dies kann außerdem zum Ansetzen von Rost in der Klimaanlage führen.
(3) Falls Luft niedriger Temperatur in die Klimaanlage eingesaugt wird, können Eispartikel aus der Auslassöffnung 9 ausgestoßen werden, wenn die von dem Entspanner 4 freigesetzte Luft in den Raum abgegeben wird. Daher kann die Temperatur der Luft nicht auf oder unter dem Gefrierpunkt gebracht werden.
(4) Im Allgemeinen sollte die absolute Feuchtigkeit der Zufuhrluft während des Raumkühlungsbetriebs niedriger und während des Raumheizungsbetriebs höher in Bezug auf die absolute Feuchtigkeit der Saugluft sein, Bei den herkömmlichen Klimaanlagen kann während des Raumheizungsbetriebs die absolute Feuchtigkeit der Zufuhrluft jedoch nicht höher als jene der Saugluft gemacht werden.

Die Erfindung ist auf das Lösen der oben beschriebenen Probleme gerichtet. Die erste Aufgabe der Erfindung ist es, eine Klimaanlage des Luftumlauftyps zu schaffen, die die Temperatur und die Feuchtigkeit gleichzeitig steuern kann.
Die zweite Aufgabe der Erfindung ist es, eine Klimaanlage des Luftumlauftyps zu schaffen, die selbst in einem Raum mit einer hohen Feuchtigkeit eine Abnahme ihrer Leistungsfähigkeit insgesamt und außerdem das Ansetzen von Rost in der Klimaanlage verhindert.
Die dritte Aufgabe der Erfindung ist es, eine Klimaanlage des Luftumlauftyps zu schaffen, die selbst dann, wenn die Temperatur der Luft auf oder unter den Gefrierpunkt eingestellt wird, verhindert, dass Eispartikel ausgestoßen werden.
Die vierte Aufgabe der Erfindung ist es, eine Klimaanlage des Luftumlauftyps zu schaffen, die zur Zeit der Raumheizung die absolute Feuchtigkeit der Zufuhrluft höher als jene der Saugluft einstellen kann.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Klimaanlage des Luftumlauf typs: einen Wärmetauscher, einen Kompressor, der Saugluft komprimiert und die komprimierte Luft zu dem Wärmetauscher transportiert und Luft, die vom Wärmetauscher transportiert wird, komprimiert und die komprimierte Luft als Zufuhrluft transportiert, einen Entspanner, der die Saugluft entspannt und die entspannte Luft zu dem Wärmetauscher transportiert und Luft, die vom Wärmetauscher transportiert wird, entspannt und die entspannte Luft als Zufuhrluft transportiert, einen Motor, der den Kompressor und den Entspanner antreibt, einen Entfeuchter, der die Saugluft entfeuchtet, eine erste Temperatur- und Feuchtigkeitsmesseinheit, die die Temperatur und die Feuchtigkeit der Saugluft misst, und eine Steuereinheit, die den Entfeuchtungsgrad anhand der durch die erste Messeinheit gemessenen Temperatur und Feuchtigkeit sowie anhand der Soll-Temperatur und der Soll-Feuchtigkeit berechnet und den Entfeuchter anhand des berechneten Entfeuchtungsgrades steuert, und eine zweite Temperatur- und Feuchtigkeitsmesseinheit, die die Temperatur und die Feuchtigkeit der Zufuhrluft misst. In diesem Fall steuert die Steuereinheit die Drehzahl des Motors und den Grad der Entfeuchtung durch den Entfeuchter anhand der Temperatur und der Feuchtigkeit der durch die zweite Messeinheit gemessenen Zufuhrluft sowie anhand der Soll-Temperatur und der Soll-Feuchtigkeit.
Bei einer solchen Konfiguration wird während des Raumkühlungsbetriebs die Saugluft durch den Entfeuchter entfeuchtet, wobei das Wasser selbst dann, wenn die Temperatur der Luft durch den Wärmetauscher und den Entspanner abgesenkt wird, nicht kondensiert. In dieser Weise wird die Leistungsfähigkeit der Klimaanlage insgesamt gesteigert.
Ferner werden die Drehzahl des Motors und der Entfeuchtungsgrad des Entfeuchters anhand der durch die zweite Messeinheit gemessenen Temperatur und Feuchtigkeit der Zufuhrluft sowie anhand der Soll-Temperatur und der Soll-Feuchtigkeit der Zufuhrluft gemessen. In dieser Weise ist es möglich, die Temperatur und die Feuchtigkeit der Zufuhrluft auf gewünschte Werte einzustellen.
Vorzugsweise umfasst die Klimaanlage des Luftumlauftyps eine Rohrleitung, die Kondensationswasser, das durch die Entfeuchtung mittels des Entfeuchters erzeugt wird, dem Kompressor und/oder dem Motor und/oder dem Wärmetauscher zuführt.
Bei einer solchen Konfiguration wird das Kondensationswasser, das durch den Entfeuchter erzeugt wird, dem Kompressor und/oder dem Motor und/oder dem Wärmetauscher zugeführt und kann die Temperatur in dem betreffenden Abschnitt abgesenkt werden, um dessen Temperaturwirkungsgrad zu erhöhen. In dieser Weise ist es möglich, die Leistungsfähigkeit der Klimaanlage insgesamt zu steigern.
Vorzugsweise werden die Wirkungsgrade des Kompressors, des Motors und des Wärmetauschers berechnet, wobei das durch die Entfeuchtung mittels des Entfeuchters erzeugte Kondensationswasser demjenigen Abschnitt zugeführt wird, der den schlechtesten Wirkungsgrad aufweist.
Bei einer solchen Konfiguration wird das durch den Entfeuchter erzeugte Kondensationswasser demjenigen Abschnitt unter den Abschnitten "Kompressor", "Motor" und "Wärmetauscher" zugeführt, der den schlechtesten Wirkungsgrad aufweist. In dieser Weise kann die Temperatur in dem betreffenden Abschnitt abgesenkt werden, um dessen Temperaturwirkungsgrad zu erhöhen, wodurch die Leistungsfähigkeit der Klimaanlage insgesamt zunimmt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Klimaanlage des Luftumlauftyps: einen Wärmetauscher, einen Kompressor, der Saugluft komprimiert und die komprimierte Luft zu dem Wärmetauscher transportiert und Luft, die vom Wärmetauscher transportiert wird, komprimiert und die komprimierte Luft als Zufuhrluft transportiert, einen Entspanner, der die Saugluft entspannt und die entspannte Luft zu dem Wärmetauscher transportiert und Luft, die vom Wärmetauscher transportiert wird, entspannt und die entspannte Luft als Zufuhrluft transportiert, einen Motor, der den Kompressor und den Entspanner antreibt, einen Befeuchter, der die Zufuhrluft befeuchtet, eine erste Temperatur- und Feuchtigkeitsmesseinheit, die die Temperatur und die Feuchtigkeit der Saugluft misst, und eine Steuereinheit, die den Befeuchtungsgrad anhand der durch die erste Messeinheit gemessenen Temperatur und Feuchtigkeit sowie anhand der Soll-Temperatur und der Soll-Feuchtigkeit berechnet und den Befeuchter anhand des berechneten Befeuchtungsgrades steuert, und eine zweite Temperatur- und Feuchtigkeitsmesseinheit, die die Temperatur und die Feuchtigkeit der Zufuhrluft misst. In diesem Fall steuert die Steuereinheit die Drehzahl des Motors und den Grad der Befeuchtung durch den Befeuchter anhand der Temperatur und der Feuchtigkeit der durch die zweite Messeinheit gemessenen Zufuhrluft sowie anhand der Soll-Temperatur und der Soll-Feuchtigkeit.
Bei einer solchen Konfiguration berechnet die Steuereinheit den Befeuchtungsgrad anhand der durch die erste Messeinheit gemessenen Temperatur und Feuchtigkeit sowie anhand der Soll-Temperatur und der Soll-Feuchtigkeit und steuert den Befeuchter anhand des berechneten Grades. In dieser Weise können die Temperatur und die Feuchtigkeit in dem Raum auf gewünschte Werte eingestellt werden.
Ferner werden die Drehzahl des Motors und der Befeuchtungsgrad des Befeuchters anhand der durch die zweite Messeinheit gemessenen Temperatur und Feuchtigkeit der Zufuhrluft sowie anhand der Soll-Temperatur und der Soll-Feuchtigkeit der Zufuhrluft gemessen. In dieser Weise ist es möglich, die Temperatur und die Feuchtigkeit der Zufuhrluft auf gewünschte Werte einzustellen.
Vorzugsweise umfasst die Klimaanlage des Luftumlauftyps ferner einen Entfeuchter, der die Saugluft entfeuchtet, und eine Rohrleitung, die den Befeuchter mit Kondensationswasser, das durch den Entfeuchter und/oder den Wärmetauscher und/oder den Entspanner erzeugt wird, versorgt.
Bei einer solchen Konfiguration kann das Kondensationswasser, das durch den Entfeuchter und/oder den Wärmetauscher und/oder den Entspanner erzeugt wird, als Wasserversorgung für den Befeuchter verwendet werden. In dieser Weise ist es möglich, die Leistungsfähigkeit der Klimaanlage insgesamt zu verbessern.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist ein Blockschaltplan, der die schematische Konfiguration einer herkömmlichen Klimaanlage des Luftumlauftyps zeigt.
2 ist ein Blockschaltplan, der die schematische Konfiguration einer Klimaanlage des Luftumlauftyps gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
3 ist ein Blockschaltplan, der die schematische Konfiguration einer Klimaanlage des Luftumlauftyps gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
4 ist ein Blockschaltplan, der die schematische Konfiguration einer Klimaanlage des Luftumlauftyps gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
5 ist ein Blockschaltplan, der die schematische Konfiguration einer Klimaanlage des Luftumlauftyps gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Beste Art und Weise der Ausführung der Erfindung
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die in der beigefügten Zeichnung gezeigten Ausführungsformen genauer beschrieben.
Erste Ausführungsform
2 ist ein Blockschaltplan, der die schematische Konfiguration der Klimaanlage des Luftumlauftyps gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die Klimaanlage des Luftumlauftyps umfasst: einen Kompressor 1, einen Motor 2, einen Wärmetauscher 3, einen Entspanner 4, Vierwegeventile 5-7, die während des Raumkühlungs- oder des Raumheizungsbetriebs Luftstrompfade schalten, eine Luftansaugöffnung 8 und eine Luftauslassöffnung 9; einen Entfeuchter 10, eine erste Temperatur- und Feuchtigkeitsmesseinheit 12, die die Temperatur und die Feuchtigkeit der über die Ansaugöffnung 8 aufgenommenen Luft misst, eine zweite Temperatur- und Feuchtigkeitsmesseinheit 15, die die Temperatur und die Feuchtigkeit der aus der Auslassöffnung 9 abgegebenen Luft misst, und eine Steuereinheit 14, die den Motor 2 und den Entfeuchter 10 anhand der durch die ersten und zweiten Temperatur- und Feuchtigkeitsmesseinheiten 12 und 15 gemessenen Temperatur und Feuchtigkeit steuert.
In 2 zeigen die Pfeile mit durchgehenden Linien die Luftstrompfade während des Raumkühlungsbetriebs. Die Pfeile mit unterbrochenen Linien reprä sentieren die Luftstrompfade während des Raumheizungsbetriebs. Bei der Klimaanlage des Luftumlauftyps der Erfindung sind diejenigen Abschnitte mit denselben Konfigurationen und denselben Funktionen wie jene der herkömmlichen Klimaanlage des Luftumlauftyps mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, weshalb eine genaue Beschreibung davon nicht wiederholt wird.
Die Steuereinheit 14 berechnet den Grad, um den zu entfeuchten ist, anhand der Temperatur und der Feuchtigkeit der über die Ansaugöffnung 8 aufgenommenen Luft, die durch die erste Messeinheit 12 gemessen werden, sowie anhand der Soll-Temperatur und der Soll-Feuchtigkeit der Zufuhrluft und steuert den Entfeuchter 10 anhand des berechneten Entfeuchtungsgrades. Die Steuereinheit 14 erfasst außerdem die Differenz zwischen der Temperatur und der Feuchtigkeit der aus der Auslassöffnung 9 abgegebenen Luft, die durch die zweite Messeinheit 15 gemessen werden, und der Soll-Temperatur und der Soll-Feuchtigkeit der Zufuhrluft, steuert die Drehzahl des Motors 2, um die Kompression des Kompressors 1 zu steuern, und steuert außerdem den Entfeuchtungsgrad des Entfeuchters 10.
Nun wird die Funktionsweise der Klimaanlage des Luftumlauftyps zur Zeit der Raumkühlung beschrieben. Die erste Temperatur- und Feuchtigkeitsmesseinheit 12 misst die Temperatur und die Feuchtigkeit der über die Ansaugöffnung 8 aufgenommenen Raumluft. Die Steuereinheit 14 berechnet die für die Zufuhrluft erforderliche absolute Feuchtigkeit anhand der Soll-Temperatur und der Soll-Feuchtigkeit der Zufuhrluft. Sie berechnet außerdem die Differenz zwischen der absoluten Feuchtigkeit der Raumluft, die von der ersten Messeinheit 12 gemessen wird, und der für die Zufuhrluft erforderlichen absoluten Feuchtigkeit.
Die Steuereinheit 14 berechnet dann den Durchsatz der Saugluft anhand der zugeführten Energie oder der Drehzahl des Kompressors 1 und aus dem Durchsatz der Saugluft und der oben angesprochenen Differenz in der absoluten Feuchtigkeit die Feuchtigkeitsmenge pro Zeiteinheit, die der Entfeuchter 10 der Saugluft entziehen muss. Im Allgemeinen ist die absolute Feuchtigkeit der Saugluft während des Raumkühlungsbetriebs höher als die absolute Soll-Feuchtigkeit der Zufuhrluft. Daher entfeuchtet der Entfeuchter 10, um die Soll-Temperatur und die Soll-Feuchtigkeit der Zufuhrluft zu erreichen, um die wie oben angegeben berechnete Menge. Wenn die Klimaanlage des Luftumlauftyps der Erfindung als Raumklimagerät verwendet wird, ist der Entfeuchtungsgrad während des Raumkühlungsbetriebs normalerweise nicht größer als etwa 2 g/sec, obwohl sich der Wert je nach Betriebsbedingungen ändern könnte. Daher reichen Entfeuchter mit einer relativ geringen Leistungsfähigkeit wie etwa ein Wabenrotor-Trockenentfeuchter und ein adsorbierender Entfeuchter aus.
Die durch den Entfeuchter 10 entfeuchtete Saugluft wird über die Vierwegeventile 5 und 6 zu dem Kompressor 1 geleitet, der die Luft in Hochtemperatur-Hochdruck-Luft umwandelt. Diese Hochtemperatur-Hochdruck-Luft wird über das Vierwegeventil 6 zu dem Wärmetauscher 3 geleitet, der die Luft durch Wärmeaustausch mit Kühlluft oder Kühlwasser abkühlt. Ferner wird die abgekühlte Hochdruckluft über das Vierwegeventil 7 zu dem Entspanner 4 geleitet, wo die Luft adiabatisch auf Tieftemperatur-Normaldruck-Luft entspannt wird. Die sich ergebende Luft wird über die Vierwegeventile 7 und 5 aus der Auslassöffnung 9 abgegeben.
Die Steuereinheit 14 erfasst die Differenz zwischen der Temperatur und der Feuchtigkeit der Zufuhrluft, die durch die zweite Messeinheit 15 gemessen werden, und der Soll-Temperatur und der Soll-Feuchtigkeit der Zufuhrluft und steuert die Drehzahl des Motors 2 und den Grad der Entfeuchtung durch den Entfeuchter 10 so, dass die Differenz kleiner wird.
Wie oben erläutert worden ist, entfeuchtet gemäß der Klimaanlage des Luftumlauftyps dieser Ausführungsform der Entfeuchter 10 die Saugluft, um dadurch auch dann, wenn die Temperatur der Luft durch den Wärmetauscher 3 und den Entspanner 4 abgesenkt wird, zu verhindern, dass die Feuchtigkeit in der Luft kondensiert. In dieser Weise nimmt die Leistungsfähigkeit der gesamten Klimaanlage zu. Ferner wird die Differenz zwischen der Temperatur und der Feuchtigkeit der Zufuhrluft, die durch die zweite Messeinheit 15 gemessen werden, und den Sollwerten für die Zufuhrluft erfasst und die Drehzahl des Motors 2 und der Entfeuchtungsgrad des Entfeuchters 10 so gesteuert, dass die Differenz kleiner wird. Daher ist es möglich, die Temperatur und die Feuchtigkeit der Zufuhrluft auf gewünschte Werte einzustellen. Zudem entfeuchtet der Entfeuchter 10 die Saugluft, was das Ansetzen von Rost in der Klimaanlage sowie die Bildung von Eispartikeln auch dann, wenn die Temperatur der Luft auf oder unter den Gefrierpunkt abgesenkt wird, verhindert.
Zweite Ausführungsform
3 ist ein Blockschaltplan, der eine schematische Konfiguration der Klimaanlage des Luftumlauftyps gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die Klimaanlage des Luftumlauftyps dieser Ausführungsform gleicht jener der in 2 gezeigten ersten Ausführungsform, mit Ausnahme, dass sie zusätzlich mit einer Rohrleitung 13 versehen ist, die Kondensationswasser, das durch die Entfeuchtung mittels des Entfeuchters 10 erzeugt wird, dem Kompressor 1, dem Motor 2 und dem Wärmetauscher 3 zuführt. Daher wird die Beschreibung der ähnlichen Konfigurationen und Funktionen davon hier nicht wiederholt.
In 3 repräsentieren die Pfeile mit durchgehenden Linien die Luftstrompfade während des Raumkühlungsbetriebs. Die Pfeile mit unterbrochenen Linien zeigen die Luftstrompfade während des Raumheizungsbetriebs. Ferner repräsentieren die Pfeile mit fetten Linien die Transportpfade des durch den Entfeuchter 10 erzeugten Kondensationswassers.
Das durch die Entfeuchtung mittels des Entfeuchters 10 erzeugte Kondensationswasser wird über die Rohrleitung 13 dem Kompressor 1, dem Motor 2 und dem Wärmetauscher 3 zugeführt, um die Komponenten zu kühlen. Wie oben erläutert worden ist, beträgt die Menge des Kondensationswassers etwa 2 g/sec, wobei ein flexibles Kunstharzrohr mit einem Innendurchmesser von etwa 2 mm bis 3 mm als Rohrleitung 13 verwendet werden kann. Zum Beschaffen von Leistung für den Transport des Kondensationswassers kann eine kleine Pumpe oder alternativ potentielle Energie verwendet werden, indem der Entfeuchter 10 oberhalb des Kompressors 1, des Motors 2 und des Wärmetauschers 3 angeordnet wird.
Das durch die Entfeuchtung mittels des Entfeuchters 10 erzeugte Kondensationswasser wird über die Rohrleitung 13 dem Kompressor 1, dem Motor 2 und dem Wärmetauscher 3 zugeführt, wo es verdunstet und die Wärme von diesen abzieht. Dies verbessert die Temperaturwirkungsgrade des Kompressors 1, des Motors 2 und des Wärmetauschers 3 und folglich den Wirkungsgrad der Klimaanlage insgesamt. Die Temperaturwirkungsgrade des Kompressors 1, des Motors 2 und der Wärmetauschers 3 schwanken jedoch außerdem je nach Bedingungen wie etwa dem Durchsatz der Saugluft und der Außentemperatur. Somit kann das Kondensationswasser insbesondere demjenigen unter den Abschnitten "Kompressor 1", "Motor 2" und "Wärmetauscher 3" ausgewählten Abschnitt zugeführt werden, der gemäß den Betriebsbedingungen der Klimaanlage den schlechtesten Wirkungsgrad aufweist, um den Wirkungsgrad der gesamten Klimaanlage weiter zu verbessern.
Hierbei kann der adiabatische Wirkungsgrad des Kompressors 1 aus den Messungen der Temperaturen der Luft am Einlass und am Auslass des Kompressors 1 und dem Kompressionsverhältnis des Kompressors 1 berechnet werden. Der Wirkungsgrad des Motors 2 kann berechnet werden, indem zuerst im Voraus der Zusammenhang zwischen der Oberflächentemperatur des Motors 2 und seinem Wirkungsgrad ermittelt wird und die Ist-Oberflächentemperatur des Motors 2 gemessen wird. Ferner kann der Temperaturwirkungsgrad des Wärmetauschers 3 berechnet werden, indem die Temperaturen am Einlass und am Auslass des Wärmetauschers 3 an seiner Kühlluftseite (oder Kühlwasserseite) und die Temperaturen am Einlass und am Auslass des Wärmetauschers 3 an seiner Kühlungsseite gemessen werden.
Wie oben erläutert worden ist, wird gemäß der Klimaanlage des Luftumlauftyps dieser Ausführungsform das durch die Entfeuchtung mittels des Entfeuchters 10 erzeugte Kondensationswasser dem Kompressor 1, dem Motor 2 und dem Wärmetauscher 3 zugeführt. In dieser Weise kann die Temperatur jedes Abschnitts abgesenkt werden, um dessen Temperaturwirkungsgrad und somit den Wirkungsgrad der Klimaanlage insgesamt zu verbessern.
Dritte Ausführungsform
4 ist ein Blockschaltplan, der eine schematische Konfiguration der Klimaanlage des Luftumlauftyps gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die Klimaanlage des Luftumlauftyps dieser Ausführungsform gleicht jener der in 2 gezeigten ersten Ausführungsform, mit Ausnahme, dass der Entfeuchter 10, der sich in der ersten Ausführungsform findet, entfällt und ein Befeuchter 11 zwischen dem Vierwegeventil 5 und der zweiten Temperatur- und Feuchtigkeitsmesseinheit 15 vorgesehen ist. Somit wird die Beschreibung derselben Konfigurationen und Funktionen davon hier nicht wiederholt.
In 4 zeigen die Pfeile mit durchgehenden Linien die Luftstrompfade zur Zeit der Raumkühlung. Die Pfeile mit unterbrochenen Linien repräsentieren die Luftstrompfade während des Raumheizungsbetriebs.
Die Steuereinheit 14 berechnet den Befeuchtungsgrad anhand der Temperatur und der Feuchtigkeit der über die Ansaugöffnung 8 aufgenommenen Luft, die durch die erste Messeinheit 12 gemessen werden, sowie anhand der Soll-Temperatur und der Soll-Feuchtigkeit der Zufuhrluft und steuert den Befeuchter 11 anhand des berechneten Grades. Die Steuereinheit 14 erfasst außerdem die Differenz zwischen der Temperatur und der Feuchtigkeit der aus der Auslassöffnung 9 abgegebenen Luft, die durch die zweite Messeinheit 15 gemessen werden, und der Soll-Temperatur und der Soll-Feuchtigkeit der Zufuhrluft, steuert die Drehzahl des Motors 2, um die Entspannung durch den Entspanner 4 zu steuern, und steuert außerdem den Grad Befeuchtung durch der Befeuchter 11.
Nun wird die Funktionsweise der Klimaanlage des Luftumlauftyps dieser Ausführungsform zur Zeit der Raumheizung beschrieben. Die Temperatur und die Feuchtigkeit der über die Ansaugöffnung 8 aufgenommenen Raumluft werden durch die erste Messeinheit 12 gemessen. Die Steuereinheit 14 berechnet die für die Zufuhrluft erforderliche absolute Feuchtigkeit anhand der Soll-Temperatur und der Soll-Feuchtigkeit der Zufuhrluft. Die Steuereinheit 14 berechnet dann die Differenz zwischen der absoluten Feuchtigkeit der Luft in dem Raum, die von der ersten Messeinheit 12 gemessen wird, und der für die Zufuhrluft erforderlichen absoluten Feuchtigkeit.
Die Steuereinheit 14 berechnet außerdem den Durchsatz der Saugluft anhand der zugeführten Energie oder der Drehzahl des Entspanners 4 und aus dem Durchsatz der Saugluft und der oben angesprochenen Differenz in der absoluten Feuchtigkeit die Feuchtigkeitsmenge pro Zeiteinheit, die der Befeuchter 11 der Saugluft hinzugeben soll. Im Allgemeinen ist die absolute Feuchtigkeit der Saugluft zur Zeit der Raumheizung niedriger als die absolute Soll-Feuchtigkeit der Zufuhrluft. Daher befeuchtet der Befeuchter 11, um die Soll-Temperatur und die Soll-Feuchtigkeit der Zufuhrluft zu erreichen, um die wie oben angegeben berechnete Menge. Der Befeuchter 11 kann ein Dampfstrahl-Befeuchter sein, der eine Heizvorrichtung verwendet, oder ein Sprühwasser-Befeuchter, der einen Ultraschallwellen-Messwandler verwendet, sein.
Die durch den Befeuchter 11 befeuchtete Saugluft wird über die Vierwegeventile 5 und 7 zu dem Entspanner 4 geleitet, der die Luft in Tieftemperatur-Niederdruck-Luft umwandelt. Diese Tieftemperatur-Niederdruck-Luft wird über das Vierwegeventil 7 zu dem Wärmetauscher 3 geleitet, in dem die Luft einem Wärmeaustausch mit der Kühlluft oder dem Kühlwasser unterzogen wird, so dass sie Normaltemperatur erreicht. Ferner wird die Normaltemperatur-Niederdruck-Luft über das Vierwegeventil 6 zu dem Kompressor 1 geleitet, der die Luft komprimiert, um Hochtemperatur-Normaldruck-Luft zu erzeugen. Die Luft wird dann über die Vierwegeventile 6 und 5 aus der Auslassöffnung 9 abgegeben.
Die Steuereinheit 14 erfasst die Differenz zwischen der Temperatur und der Feuchtigkeit der Zufuhrluft, die durch die zweite Messeinheit 15 gemessen werden, und der Soll-Temperatur und der Soll-Feuchtigkeit der Zufuhrluft und steuert die Drehzahl des Motors 2 sowie den Grad der Befeuchtung durch den Befeuchter 11 so, dass die Differenz kleiner wird.
Wie oben erläutert worden ist, wird gemäß der Klimaanlage des Luftumlauftyps dieser Ausführungsform die Differenz zwischen der Temperatur und der Feuchtigkeit der Zufuhrluft, die durch die zweite Messeinheit 15 gemessen werden, und den Sollwerten für die Zufuhrluft erfasst und die Drehzahl des Motors 2 und der Befeuchtungsgrad des Befeuchters 11 so gesteuert, dass die Differenz kleiner wird. Daher ist es möglich, die Temperatur und die Feuchtigkeit der Zufuhrluft auf gewünschte Werte einzustellen.
Vierte Ausführungsform
5 ist ein Blockschaltplan, der eine schematische Konfiguration der Klimaanlage des Luftumlauftyps gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die Klimaanlage des Luftumlauftyps dieser Ausführungsform gleicht der Klimaanlage des Luftumlauftyps der in 2 gezeigten ersten Ausführungsform, mit Ausnahme, dass sie ferner mit einem Befeuchter 11, der zwischen dem Vierwegeventil 5 und der Auslassöffnung 9 angeordnet ist, und einer Rohrleitung 14, die Kondensationswasser, das an dem Entfeuchter 10, dem Wärmetauscher 3 und dem Entspanner 4 erzeugt wird, dem Befeuchter 11 zuführt, versehen ist. Somit wird die Beschreibung der gemeinsamen Konfigurationen und Funktionen davon hier nicht wiederholt.
In 5 repräsentieren die Pfeile mit durchgehenden Linien die Luftstrompfade während des Raumkühlungsbetriebs. Die Pfeile mit unterbrochenen Linien zeigen die Luftstrompfade während des Raumheizungsbetriebs. Ferner repräsentieren die Pfeile mit fetten durchgehenden Linien die Transportpfade des durch den Entfeuchter 10, den Wärmetauscher 3 und den Entspanner 4 erzeugten Kondensationswassers.
Das durch den Entfeuchter 10, den Wärmetauscher 3 und den Entspanner 4 erzeugte Kondensationswasser wird über die Rohrleitung 14 dem Befeuchter 11 als Wasserversorgung von diesem zugeführt. Wie in der Klimaanlage des Luftumlauftyps gemäß der zweiten Ausführungsform können flexible Kunstharzrohre mit einem Innendurchmesser von etwa 2 mm bis 3 mm als Rohrleitung 14 verwendet werden. Zum Beschaffen von Leistung für den Transport des Kondensationswassers kann eine kompakte Pumpe oder alternativ potentielle Energie verwendet werden, indem der Befeuchter 11 tiefer als der Entfeuchter 10, der Wärmetauscher 3 und der Entspanner 4 angeordnet wird.
Wie oben erläutert worden ist, kann gemäß der Klimaanlage des Luftumlauftyps dieser Ausführungsform das Kondensationswasser, das an dem Entfeuchter 10, dem Wärmetauscher 3 und dem Entspanner 4 erzeugt wird, als Wasserversorgung für den Befeuchter 11 verwendet werden. In dieser Weise wird die Leistungsfähigkeit der Klimaanlage insgesamt gesteigert.

Claims

Klimaanlage des Luftumlauftyps, mit: einem Wärmetauscher (3); einem Kompressor (1), der Saugluft komprimiert, um sie zu dem Wärmetauscher (3) zu transportieren, und Luft, die vom Wärmetauscher (3) transportiert wird, komprimiert, um sie als Zufuhrluft zu transportieren; einem Entspanner (4), der die Saugluft entspannt, um sie zu dem Wärmetauscher (3) zu transportieren, und Luft, die vom Wärmetauscher (3) transportiert wird, entspannt, um sie als Zufuhrluft zu transportieren; einem Motor (2), der den Kompressor (1) und den Entspanner (4) antreibt; und einem Entfeuchter (10), der die Saugluft entfeuchtet; gekennzeichnet durch eine erste Temperatur- und Feuchtigkeitsmesseinheit (12), die die Temperatur und die Feuchtigkeit der Saugluft misst; eine Steuereinheit (14), die den Entfeuchtungsgrad anhand der durch die erste Temperatur- und Feuchtigkeitsmesseinheit (12) gemessenen Temperatur und Feuchtigkeit sowie anhand der Soll-Temperatur und der Soll-Feuchtigkeit berechnet und den Entfeuchter (10) anhand des Entfeuchtungsgrades steuert; und eine zweite Temperatur- und Feuchtigkeitsmesseinheit (15), die die Temperatur und die Feuchtigkeit der Zufuhrluft misst, wobei die Steuereinheit die Drehzahl des Motors (2) und den Entfeuchtungsgrad durch den Entfeuchter (10) anhand der Temperatur und der Feuchtigkeit der durch die zweite Temperatur- und Feuchtigkeitsmesseinheit (12) gemessenen Zufuhrluft sowie anhand der Soll-Temperatur und der Soll-Feuchtigkeit steuert.
Klimaanlage des Luftumlauftyps nach Anspruch 1, ferner mit einer Rohrleitung (13), die Kondensationswasser, das durch die Entfeuchtung mittels des Entfeuchters (10) erzeugt wird, dem Kompressor (1) und/oder dem Motor (2) und/oder dem Wärmetauscher (3) zuführt.
Klimaanlage des Luftumlauftyps nach Anspruch 1, ferner mit einer Zufuhreinheit, die die Wirkungsgrade des Kompressors (1), des Motors (2) und des Wärmetauschers (3) berechnet und das durch die Entfeuchtung mittels des Entfeuchters (10) erzeugte Kondensationswasser derjenigen der Einrichtungen, die den Kompressor (1), den Motor (2) und den Wärmetauscher (3) umfassen, die den schlechtesten Wirkungsgrad zeigt, zuführt.
Klimaanlage des Luftumlauftyps, mit: einem Wärmetauscher (3); einem Kompressor (1), der Saugluft komprimiert, um sie zu dem Wärmetauscher (3) zu transportieren, und Luft, die vom Wärmetauscher (3) transportiert wird, komprimiert, um sie als Zufuhrluft zu transportieren; einem Entspanner (4), der die Saugluft entspannt, um sie zu dem Wärmetauscher (3) zu transportieren, und Luft, die vom Wärmetauscher (3) transportiert wird, entspannt, um sie als Zufuhrluft zu transportieren; einem Motor (2), der den Kompressor (1) und den Entspanner (4) antreibt; und einem Befeuchter (11), der die Zufuhrluft befeuchtet; gekennzeichnet durch eine erste Temperatur- und Feuchtigkeitsmesseinheit (12), die die Temperatur und die Feuchtigkeit der Saugluft misst; eine Steuereinheit (14), die den Befeuchtungsgrad anhand der durch die erste Temperatur- und Feuchtigkeitsmesseinheit (12) gemessenen Temperatur und Feuchtigkeit sowie der Soll-Temperatur und der Soll-Feuchtigkeit berechnet und den Befeuchter (11) anhand des Befeuchtungsgrades steuert; und eine zweite Temperatur- und Feuchtigkeitsmesseinheit (15), die die Temperatur und die Feuchtigkeit der Zufuhrluft misst, wobei die Steuereinheit die Drehzahl des Motors (2) und den Befeuchtungsgrad durch den Befeuchter (11) anhand der durch die zweite Temperatur- und Feuchtigkeitsmesseinheit (15) gemessenen Temperatur und der Feuchtigkeit der Zufuhrluft sowie der Soll-Temperatur und der Soll-Feuchtigkeit steuert.
Klimaanlage des Luftumlauftyps nach Anspruch 4, ferner mit: einem Entfeuchter (10), der die Saugluft entfeuchtet; und einer Zufuhreinheit, die Kondensationswasser, das durch den Entfeuchter (10) und/oder den Wärmetauscher (3) und/oder den Entspanner (4) erzeugt wird, dem Befeuchter (11) zuführt.